WO2013172090A1 - 皿ばね - Google Patents

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WO2013172090A1
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flat
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contact
elastic force
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正人 若原
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サンコール株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/025—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by having a particular shape
    • F16F1/027—Planar, e.g. in sheet form; leaf springs

Definitions

  • the present invention relates to a disc spring.
  • the disc spring exhibits an elastic force with a short stroke, and is incorporated into, for example, a motorcycle centrifugal clutch.
  • a corrugated disc spring made of an annular metal plate and having crests and troughs alternately in the circumferential direction is known (for example, see Patent Document 1).
  • a wave-shaped disc spring is arranged between two planes that can approach and separate from each other. By compressing the crests and troughs in these two planes, the disc spring is elastically deformed into a substantially flat plate shape. The elastic force in the direction of separating the plane is exhibited.
  • the corrugated disc spring has a complicated shape having alternating crests and troughs in the circumferential direction, it is difficult to manage the elastic force when compressed. Further, when the corrugated disc spring is compressed and elastically deformed in two planes, a compressive stress in the direction of buckling the metal plate is applied to the disc spring, so that the metal plate is easily fatigued. Further, when the wave-shaped disc spring is compressed and elastically deformed, the disc spring is deformed in a direction (circumferential direction and radial direction) orthogonal to the compression direction. For this reason, it is necessary to hold the disc spring in a state where it is not fixed in a direction orthogonal to the compression direction. Usually, a corrugated disc spring is often sandwiched by a pair of plate members from both sides in the compression direction to form a unit. . However, providing a pair of plate members separately increases cost and size due to an increase in the number of components.
  • An object of the present invention is to facilitate the management of the elastic force of a disc spring, to improve durability, to reduce costs, and to be compact.
  • the disc spring according to the present invention which has been created to achieve the above object, is a disc spring made of an annular metal plate and disposed between one member and the other member that can approach and separate from each other.
  • a plurality of fixing portions provided at a plurality of positions spaced apart in the circumferential direction, and provided between a plurality of fixing portions to which one member is fixed, and a plurality of contact portions provided between the plurality of fixing portions in a circumferential direction and the other member abutting on each other.
  • a contact portion, and a plurality of flat portions provided in a circumferential direction between the fixed portion and the contact portion, and extending in a direction perpendicular to the approaching / separating direction of the one member and the other member; It is characterized in that the elastic force is exerted by pushing in the one member side relatively to bend the flat portion.
  • the disc spring according to the present invention exerts an elastic force by curving the flat portion. Therefore, the disc spring according to the present invention is more discreet than the case of deforming a complicated shape curved in a wave shape like a conventional disc spring.
  • the elastic force of the spring can be easily managed. Further, when the flat portion is curved as described above, the flat portion is hardly subjected to compressive stress, and thus the durability of the disc spring is enhanced. Furthermore, since the disc spring can be directly fixed to one member by exerting an elastic force due to the curvature of the flat portion, it is unitized by being sandwiched between a pair of plate members like a conventional corrugated disc spring. There is no need, and the cost can be reduced and the size can be reduced by reducing the number of parts.
  • the contact portion is formed so as to protrude from the flat portion to the other member side by bending the metal plate.
  • the elongation of the material when the flat portion is curved can be absorbed by the deformation of the contact portion (angular displacement of the bent portion), it is possible to prevent excessive tensile stress from being applied to the flat portion.
  • an elastic force due to the deformation of the contact portion (angular displacement of the bent portion) is also applied, so that a larger elastic force can be obtained.
  • the disc spring of the present invention management of the elastic force of the disc spring can be facilitated, durability can be improved, cost can be reduced, and compactness can be achieved.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the disc spring taken along the line II-II in FIG. 1, showing a state in which no load is applied to the disc spring.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the disc spring taken along line II-II in FIG. 1, showing a state in which the disc spring is compressed. It is the perspective view which looked at the circumferential direction area
  • the disc spring 1 is made of an annular metal plate as shown in FIG. 1, and is incorporated in, for example, a motorcycle centrifugal clutch.
  • a material of the metal plate forming the disc spring for example, an iron-based metal, specifically, tool steel (SK material) or stainless steel (SUS material) can be used.
  • the disc spring 1 is disposed between one member 10 and the other member 20 that can approach and separate from each other.
  • one member 10 is a fixed side
  • the other member 20 is a movable side that can approach and separate from one member 10.
  • the approaching / separating direction between one member 10 and the other member 20, that is, the central axis direction of the annular disc spring 1 (vertical direction in FIG. 2) is referred to as “vertical direction”.
  • vertical direction the approaching / separating direction between one member 10 and the other member 20, that is, the central axis direction of the annular disc spring 1
  • this is not intended to limit the manner in which the disc spring 1 is used.
  • the disc springs 1 are provided at a plurality of locations separated in the circumferential direction, provided between a plurality of fixing portions 2 to which one member 10 is fixed, and a circumferential direction of the plurality of fixing portions 2, and the other member 20. And a plurality of flat portions 4 provided in a circumferential direction between the fixed portion 2 and the contact portion 3 and extending in a direction orthogonal to the vertical direction.
  • the fixing portions 2 are provided at, for example, a plurality of locations (three locations in the illustrated example) at equal intervals in the circumferential direction.
  • the fixing part 2 in the illustrated example is constituted by a metal plate obtained by extending the flat part 4.
  • the fixing portion 2 is formed of a metal plate that is continuous with adjacent flat portions 4 and bulges to an outer diameter, and the fixing portion 2 is provided with a bolt hole 2a.
  • the thick part 2b is provided around the bolt hole 2a.
  • the thick portion 2b in the illustrated example is provided only on one surface (the lower surface in the illustrated example) of the fixed portion 2.
  • the thick part 2b of the example of illustration is provided in the perimeter of the bolt hole 2a.
  • the abutting portion 3 is provided, for example, in the central portion in the circumferential direction of the adjacent fixing portions 2.
  • the contact portion 3 is disposed above the flat portion 4.
  • the contact portion 3 is formed by bending the metal plate into a substantially C shape and projecting it upward from the flat portion 4.
  • a continuous portion 3 a is provided at both ends in the circumferential direction of the contact portion 3, and the continuous portion 3 a is connected to the flat portion 4.
  • the contact portion 3 and the other member 20 are not fixed, but may be fixed with a bolt or the like.
  • the protrusion amount H of the contact portion 3 with respect to the flat portion 4 is exaggerated.
  • the flat portion 4 is provided between the fixing portion 2 and the contact portion 3 in the circumferential direction, and is provided at six locations in the illustrated example (see FIG. 1). These flat portions 4 are provided on the same plane orthogonal to the vertical direction. In the example of illustration, the adjacent flat part 4 and the fixing
  • the ratio of the flat portion 4 to the entire circumference of the disc spring 1 is preferably 40% or more, desirably 50% or more, and more desirably 60% or more. This is because if the proportion of the flat portion 4 is too small, sufficient elastic force may not be obtained. On the other hand, if the ratio of the flat part 4 to the entire circumference of the disc spring 1 is too large, the ratio of the contact part 3 decreases and the contact state between the contact part 3 and the other member 20 becomes unstable.
  • the ratio of the flat portion 4 to the entire circumference of the disc spring 1 is 90% or less, preferably 80% or less.
  • the angles ⁇ 1 ′ and ⁇ 2 ′ of the bent portions after elastic deformation are slightly larger than the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the bent portions before elastic deformation, and the contact portions 3 (including the continuous portion 3a) of the bent portions are elastically deformed.
  • Circumferential dimensions are expanding.
  • the flat portion 4 is provided in the disc spring 1 and the flat portion 4 is bent, so that the flat portion 4 is bent in a so-called cantilever state. It can be calculated relatively easily, and management of the elastic force of the disc spring 1 is facilitated. Specifically, in a state where no load is applied to the disc spring 1 (the state shown in FIG. 2A), a predetermined force is applied by managing the protrusion amount H of the contact portion 3 with respect to the flat portion 4.
  • the elastic force (that is, the elastic coefficient) of the disc spring 1 can be set to a desired value. Moreover, when the flat part 4 is curved as described above, the compressive stress is hardly applied to the flat part 4, so that the durability of the disc spring 1 is enhanced.
  • the disc spring 1 can be directly fixed to another member (one member 10 in the present embodiment). This eliminates the need for sandwiching between a pair of plate members as in the case of a conventional corrugated disc spring, reducing the number of parts and reducing the cost and size.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the case where one member 10 is the fixed side and the other member 20 is the movable side is shown, but not limited to this, one member 10 is the movable side, and the other member 20 is the other side. It may be the fixed side. Alternatively, both the one member 10 and the other member 20 may be movable up and down.
  • the disc spring 1 is incorporated into the centrifugal clutch of the motorcycle.
  • the present invention is suitably used for applications where it is necessary to exert an elastic force with a small stroke. Applicable. However, it is necessary to secure a space P that allows the flat portion 4 of the disc spring 1 to be curved.

Abstract

　円周方向に離隔した複数箇所に設けられ、一方の部材１０が固定される複数の固定部２と、複数の固定部２の円周方向間に設けられ、他方の部材２０が当接する複数の当接部３と、固定部２と当接部３との円周方向間に設けられ、一方の部材１０及び他方の部材２０の接近離反方向と直交する方向に延在する複数の平坦部４とを備え、当接部３を一方の部材１０側に相対的に押し込んで平坦部４を湾曲させることにより弾性力を発揮する。

Description

皿ばね
　本発明は、皿ばねに関する。
　皿ばねは、短いストロークで弾性力を発揮するものであり、例えば自動二輪の遠心クラッチ等に組み込まれる。このような皿ばねの一種として、環状の金属板からなり、山部と谷部を円周方向で交互に有する波型の皿ばねが知られている（例えば、特許文献１参照）。波型の皿ばねは、互いに接近離反可能な二平面間に配され、この二平面で山部及び谷部を押し潰すように圧縮して皿ばねを略平板状に弾性変形させることにより、二平面を離反させる方向の弾性力が発揮される。
特開平９－３２８７４号公報
　しかし、波型の皿ばねは、山部と谷部を円周方向で交互に有する複雑な形状をなしているため、圧縮したときの弾性力を管理することが困難である。また、波型の皿ばねを二平面で圧縮して弾性変形させる際には、皿ばねに、金属板を座屈させる方向の圧縮応力が加わるため、金属板が疲労しやすい。さらに、波型の皿ばねを圧縮して弾性変形させると、皿ばねが圧縮方向と直交する方向（円周方向及び半径方向）に変形する。このため、皿ばねを、圧縮方向と直交する方向に固定しない状態で保持する必要があり、通常、波型の皿ばねを一対のプレート部材で圧縮方向両側から挟持してユニット化することが多い。しかし、一対のプレート部材を別途設けることで、部品数増によるコスト高及び大型化を招く。
　本発明の目的は、皿ばねの弾性力の管理の容易化、耐久性の向上、低コスト化、及びコンパクト化を図ることにある。
　上記の目的を達成するために創案された本発明に係る皿ばねは、環状をなした金属板からなり、互いに接近離反可能な一方の部材と他方の部材との間に配される皿ばねであって、円周方向に離隔した複数箇所に設けられ、一方の部材が固定される複数の固定部と、複数の固定部の円周方向間に設けられ、他方の部材が当接する複数の当接部と、固定部と当接部との円周方向間に設けられ、一方の部材及び他方の部材の接近離反方向と直交する方向に延在する複数の平坦部とを備え、当接部を一方の部材側に相対的に押し込んで平坦部を湾曲させることにより弾性力を発揮することを特徴とする。
　このように、本発明に係る皿ばねは、平坦部を湾曲させることにより弾性力を発揮するため、従来の皿ばねのように波型に湾曲した複雑な形状を変形させる場合と比べて、皿ばねの弾性力を容易に管理することができる。また、上記のように平坦部を湾曲させる場合、平坦部には圧縮応力がほとんど加わらないため、皿ばねの耐久性が高められる。さらに、平坦部の湾曲により弾性力を発揮することで、皿ばねを一方の部材に直接固定することができるため、従来の波型の皿ばねのように一対のプレート部材で挟んでユニット化する必要がなく、部品数の削減により低コスト化及びコンパクト化が図られる。
　上記の当接部は、金属板を屈曲させることにより平坦部から他方の部材側へ突出して形成することが好ましい。これにより、平坦部を湾曲させたときの材料の伸びを当接部の変形（屈曲部の角度変位）により吸収できるため、平坦部に過剰に引張応力が加わることを防止できる。この場合、平坦部の湾曲に加えて、当接部の変形（屈曲部の角度変位）による弾性力も加わるため、より大きな弾性力が得られる。
　以上のように、本発明の皿ばねによれば、皿ばねの弾性力の管理の容易化、耐久性の向上、低コスト化、及びコンパクト化を図ることができる。
本発明の一実施形態に係る皿ばねの平面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線における上記皿ばねの部分断面図であり、皿ばねに負荷が加わっていない状態を示す。 図１のＩＩ－ＩＩ線における上記皿ばねの部分断面図であり、皿ばねを圧縮した状態を示す。 図１の皿ばねのうち、ＩＩＩで示す円周方向領域を斜め上方から見た斜視図である。 図１の皿ばねのうち、ＩＩＩで示す円周方向領域を斜め下方からみた斜視図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　本発明の一実施形態に係る皿ばね１は、図１に示すように環状をなした金属板からなり、例えば自動二輪の遠心クラッチに組み込まれる。皿ばね１を形成する金属板の材質としては、例えば鉄系金属、具体的には工具鋼（ＳＫ材）やステンレス鋼（ＳＵＳ材）を使用することができる。皿ばね１は、図２（ａ）に示すように、互いに接近離反可能な一方の部材１０と他方の部材２０との間に配される。本実施形態では、一方の部材１０が固定側とされ、他方の部材２０が、一方の部材１０に対して接近離反可能な可動側とされる。尚、以下では、説明の便宜上、一方の部材１０と他方の部材２０との接近離反方向、すなわち環状の皿ばね１の中心軸方向（図２の上下方向）を「上下方向」と言い、一方の部材１０側を下方、他方の部材２０側を上方とするが、これは皿ばね１の使用態様を限定する趣旨ではない。
　皿ばね１は、円周方向に離隔した複数箇所に設けられ、一方の部材１０が固定される複数の固定部２と、複数の固定部２の円周方向間に設けられ、他方の部材２０が当接する複数の当接部３と、固定部２と当接部３との円周方向間に設けられ、上下方向と直交する方向に延在する複数の平坦部４とを有する。
　固定部２は、例えば、円周方向等間隔の複数箇所（図示例では３箇所）に設けられる。図示例の固定部２は、平坦部４を延長した金属板で構成される。具体的には、隣り合う平坦部４を連続し、且つ、外径に膨出した金属板で固定部２が構成され、この固定部２にボルト穴２ａが設けられる。本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、ボルト穴２ａの周囲に厚肉部２ｂが設けられる。図示例の厚肉部２ｂは、固定部２の一方の面（図示例では下面）のみに設けられる。また、図示例の厚肉部２ｂは、ボルト穴２ａの全周に設けられる。このボルト穴２ａにボルト１１を挿通することで、皿ばね１の固定部２が一方の部材１０に固定される（図２参照）。
　当接部３は、例えば、隣り合う固定部２の円周方向中央部に設けられる。本実施形態では、当接部３が平坦部４よりも上方に配される。具体的には、図２に示すように、金属板を略Ｃ形状に屈曲させて平坦部４から上方に突出させることにより、当接部３が形成される。当接部３の円周方向両端には連続部３ａが設けられ、この連続部３ａが平坦部４と接続している。尚、本実施形態では、当接部３と他方の部材２０とは固定されていないが、これらをボルト等で固定してもよい。また、図２では、平坦部４に対する当接部３の突出量Ｈを誇張して示している。
　平坦部４は、固定部２と当接部３との円周方向間に設けられ、図示例では６箇所に設けられる（図１参照）。これらの平坦部４は、上下方向と直交する同一平面上に設けられる。図示例では、隣り合う平坦部４とこれらの間に設けられた固定部２とが、連続した平坦な金属板で構成される。この平坦な金属板のうち、固定部２（一方の部材１０と当接する部分）を除く円周方向領域が平坦部４となる。平坦部４の下方には、平坦部４の湾曲、特に、当接部３側の端部の下降を許容するための空間Ｐが設けられる（図２参照）。
　皿ばね１の全周に対する平坦部４の割合は、４０％以上、望ましくは５０％以上、さらに望ましくは６０％以上であることが好ましい。平坦部４の割合が少なすぎると、十分な弾性力が得られない恐れがあるためである。一方、皿ばね１の全周に対する平坦部４の割合が多すぎると、当接部３の割合が少なくなって、当接部３と他方の部材２０との当接状態が不安定となるため、皿ばね１の全周に対する平坦部４の割合は９０％以下、望ましくは８０％以下であることが好ましい。
　他方の部材２０が下降して一方の部材１０に接近すると、図２（ｂ）に示すように、他方の部材２０により皿ばね１の当接部３が下方に押し込まれ、平坦部４が弾性的に湾曲する。この平坦部４の湾曲により弾性力が発揮され、他方の部材２０が一方の部材１０から離反する方向（図１の上方）に付勢される。これと同時に、当接部３に設けられた屈曲部の角度が弾性的に変位する。この屈曲部の角度変位によって、他方の部材２０を上向きに付勢する皿ばね１の弾性力が高められる。図示例では、弾性変形前の屈曲部の角度θ１，θ２よりも弾性変形後の屈曲部の角度θ１’，θ２’が若干大きくなり、弾性変形により当接部３（連続部３ａを含む）の円周方向寸法が拡大している。このように、当接部３の円周方向寸法を拡大しながら平坦部４を湾曲させることで、平坦部４に過剰な引張応力が加わることを回避し、平坦部４をスムーズに湾曲させることができる。
　このように、皿ばね１に平坦部４を設け、この平坦部４を湾曲させることで、平坦部４がいわゆる片持ち梁のような状態で湾曲するため、平坦部４の湾曲による弾性力を比較的容易に計算することができ、皿ばね１の弾性力の管理が容易化される。具体的には、皿ばね１に負荷が加わっていない状態（図２（ａ）の状態）において、平坦部４に対する当接部３の突出量Ｈを管理することで、所定の力が加わったときの皿ばね１の弾性力（すなわち弾性係数）を所望の値に設定することができる。また、上記のように平坦部４を湾曲させる場合、平坦部４には圧縮応力がほとんど加わらないため、皿ばね１の耐久性が高められる。さらに、上記のように平坦部４の湾曲により弾性力を発揮することで、皿ばね１を他部材（本実施形態では一方の部材１０）に直接固定することが可能となる。これにより、従来の波型の皿ばねのように一対のプレート部材で挟む必要がなくなり、部品数が削減されて低コスト化及びコンパクト化が図られる。
　本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、一方の部材１０を固定側とし、他方の部材２０を可動側とした場合を示したが、これに限らず、一方の部材１０を可動側、他方の部材２０を固定側としてもよい。あるいは、一方の部材１０及び他方の部材２０を共に上下動可能としてもよい。
　また、上記の実施形態では、皿ばね１を自動二輪の遠心クラッチに組み込む場合を示したが、これ以外でも、小さいストロークで弾性力を発揮する必要がある用途であれば、本発明を好適に適用できる。ただし、皿ばね１の平坦部４の湾曲を許容する空間Ｐを確保する必要がある。
　また、上記の実施形態では、隣り合う固定部２の円周方向中央の一箇所に当接部３を設けた場合を示したが、これに限らず、隣り合う固定部２の円周方向間に複数の突出部を設けてもよい。
１     皿ばね
２     固定部
３     当接部
４     平坦部
１０   一方の部材
２０   他方の部材

Claims (2)

  1. 　環状をなした金属板からなり、互いに接近離反可能な一方の部材と他方の部材との間に配される皿ばねであって、
    　円周方向に離隔した複数箇所に設けられ、前記一方の部材が固定される複数の固定部と、前記複数の固定部の円周方向間に設けられ、前記他方の部材が当接する複数の当接部と、前記固定部と前記当接部との円周方向間に設けられ、前記一方の部材及び他方の部材の接近離反方向と直交する方向に延在する複数の平坦部とを備え、
    　前記当接部を前記一方の部材側に相対的に押し込んで前記平坦部を湾曲させることにより弾性力を発揮することを特徴とする皿ばね。
  2. 　前記当接部が、前記金属板を屈曲させることにより前記平坦部から前記他方の部材側へ突出して形成された請求項１記載の皿ばね。
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